辛置礦2-208 綜采面活性磁化水降塵技術研究

盧俊奎

（霍州煤電集團，山西 霍州 031400）

1 辛置2-208 綜采面概況

辛置礦位于山西省臨汾市霍州市辛置鎮境內，隸屬于霍州煤電集團。2-208 綜采面位于2#煤層，煤層平均厚度4.1 m，煤層平均傾角4°。工作面走向長175 m，傾斜長579.5 m，面積101 413 m2，可采儲量為430 000 t。瓦斯相對涌出量為0.28 m3/t，絕對涌出量為0.73 m3/min，為低瓦斯煤層。煤塵具有爆炸性，自燃等級為Ⅰ級。煤種為肥煤，以半亮型煤為主，工業分析結果見表1。采用一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法，采煤機型號為MG650/1630-WD，工作面供風量1 133 m3/min。

表1 工業分析結果

2 活性磁化水降塵技術及效果

2.1 活性磁化水技術應用

有研究表明，水溶液被磁化后具有較顯著的“記憶效應”，也就是說水溶液的磁化效果將維持較長時間后才會消失，磁性通常在產生后9 min 才開始出現一定程度的衰減。根據這一特性，對水溶液的磁化裝置可以安裝在距離產塵區域較遠的位置，以提升降塵系統的可操作性[1-2]。由于采煤機附近工作條件復雜，不在其附近安裝磁化裝置還能夠避免增加工作面勞動強度[3]。為了能夠更方便地制備降塵水溶液，將活性磁化水制備有關的磁化裝置、表面活性劑添加裝置均布置在采煤機進風巷內，得到活性磁化水溶液后通過高壓管路運輸至采煤機上，噴射至產塵點實現高效捕塵降塵。活性磁化水溶液制備工藝如圖1 所示。

圖1 活性磁化水溶液制備裝置

實際應用時，制備濃度為0.03%的活性磁化水溶液作為工作液體，按照采煤機割煤產塵強度調整降塵供水量，據此計算出活性磁化水溶液的用量，利用調節閥調節水溶液添加量，實現精準添加。降塵用水直接和工作面供水管路相連，由于磁化裝置內部存在一定阻力，且長距離管路運輸也存在沿程阻力，因此需要供水壓力低于5 MPa，當工作面水壓較低無法滿足噴射需求時采用高壓水泵提高水壓，經過表面活性劑添加裝置形成濃度（活性劑質量分數）為0.03%的活性水溶液，再經過磁化裝置形成磁化的活性水溶液。活性磁化水溶液經過高壓膠管連接至采煤機噴霧裝置上，向滾筒噴射高密度霧滴，實現粉塵治理。

活性磁化水制備裝置的技術參數見表2，采煤面降塵用水添加了表面活性劑溶液并經過磁化后，兩者共同作用降低了水的表面張力，提升了其對粉塵的潤濕效果。同時在滾筒周圍形成粒徑較小的霧滴，增加其對呼吸性粉塵等細微顆粒粉塵的捕獲、潤濕能力。

表2 活性磁化水制備裝置技術參數

2.2 活性磁化水降塵技術在2-208 綜采面的應用

2-208 綜采面降塵用水壓力最高為4 MPa，并未滿足活性磁化水溶液制備要求，因此需要在進風巷中增加一個加壓裝置。為了提升作業效果，保證制備流程的穩定性，安裝一個水箱用于存儲活性水溶液，加壓裝置從水箱中抽取水溶液后增壓至5 MPa，然后將高壓水溶液注入磁化裝置，形成帶有磁性的活性水溶液，通過直徑為19 mm 的礦用高壓膠管輸送至采煤機機身上通過霧化噴頭噴射出去。需要注意的是，采煤機自帶內外噴霧降塵效果較差。長期現場實踐和多項研究表明，內噴霧噴頭在使用過程中經常發生破損、堵塞，這是由其安裝位置造成的，在滾筒截齒下方安裝的內噴霧噴頭在截割過程中和碎煤塊碰撞擠壓，破損堵塞后霧化效果極差，幾乎無法發揮降塵效果。其外噴霧為采煤機廠商生產時自行配置，沒有考慮采煤面現場條件，對其適用的霧滴粒徑、噴射角度、噴射方向等沒有做針對性優化，無法完全覆蓋滾筒，難以在滾筒周圍形成致密的霧滴場，若要達到較高的降塵效果需要通過增加用水量來實現，這樣會嚴重影響煤質，降低作業效率。實踐表明，當噴嘴孔徑為1.5 mm、噴射角度為45°時，霧化效果最好。設計的滾筒外噴霧霧化結構如圖2 所示，噴射的霧滴場如圖3 所示。

圖2 外噴霧降塵裝置

圖3 活性磁化水噴霧霧化及包裹效果

2.3 降塵效果分析

根據我國標準規范《煤礦井下粉塵綜合防治技術規范》[4-6]等關于采煤工作面測塵作業的規定，分別在采煤機司機處（1#測塵點）、采煤機下風向10 m（2#測塵點）和30 m（3#測塵點）設定3 個測塵點。利用直讀式測塵儀進行粉塵濃度測定，獲取開啟活性磁化水降塵裝置前后的粉塵濃度值，測塵儀固定高度為1.5 m，即作業人員的呼吸帶高度，同時測定測點處的全塵和呼塵濃度。結果見表3。除塵率按照公式（1）計算，經過計算后，不同測塵地點的總粉塵和呼塵降塵率如圖4 所示。

圖4 降塵效率

表3 測塵結果 單位：mg/m3

式中：μ 為除塵率，%；ρ1為沒有降塵措施時的粉塵質量濃度，mg/m3；ρ2為采用綜合降塵措施后的粉塵質量濃度，mg/m3。

從表3 中的測塵結果數據和圖4 中的降塵效率柱狀圖可以看出，使用含有表面活性劑的磁化水溶液降塵率最好，能夠大幅降低粉塵濃度，顯著改善采煤面作業環境，提升空氣質量，可以有效降低粉塵對人體呼吸性系統的損害。對比相同位置下的礦井原有降塵用水噴霧、添加表面活性劑后的水溶液、磁化水、活性磁化水溶液四種降塵介質對呼塵和全塵的降塵效率，能夠明顯發現，使用原始礦用降塵用水噴霧進行粉塵治理時效果不佳，在3 個測點處的全塵的降塵效率為51%～60%，平均降塵率為55%，平均質量濃度從248 mg/m3降低到112 mg/m3；對呼塵的治理效果更差，在采煤機司機處的降塵率僅為39%，平均降塵率僅為41%，粉塵質量濃度從137 mg/m3降低到80 mg/m3。無法滿足國家對粉塵治理的要求。在降塵用水中添加了表面活性劑或對其進行磁化以后，降塵率得到大幅改善，且磁化水降塵效果更好，全塵和呼塵的平均質量濃度被降低至47.6 mg/m3和30.4 mg/m3，平均降塵率分別達到了80%和78%。表面活性劑水溶液對呼塵和全塵的平均降塵率分別為55%和62%。向降塵用水中添加表面活性劑并進行磁化后，降塵效果最佳，在三個測塵點的降塵率均達到了87%以上，全塵和呼塵平均殘余質量濃度分別為27.1 mg/m3和17.2 mg/m3，降塵率分別為89%和87%。說明對表面活性劑水溶液進行磁化以后，能夠進一步增強水溶液的降塵效果，實現高效降塵。

3 結論

在2-208 綜采面應用了以活性磁化水為降塵介質的新型采煤機噴霧降塵技術，向工作面降塵用水中添加質量分數為0.03%的表面活性劑，然后通過磁化裝置使水溶液磁化形成活性磁化水，運送至配套的采煤機外噴霧噴頭上向采煤機滾筒噴射。

對比了礦井原有降塵用水噴霧、添加表面活性劑后的水溶液、磁化水、活性磁化水溶液四種降塵介質對呼塵和全塵的降塵效率，礦井原有降塵用水噴霧的降塵效果最差，表面活性劑水溶液和磁化水都能夠增加降塵效果，活性磁化水的降塵效果最好，在多個測點的降塵率都達到了87%以上。